JP7353200B2 - Film forming method - Google Patents
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Description
本開示は、成膜方法に関する。 The present disclosure relates to a film forming method.
特許文献1には、ゲート誘電体層の上に自己組織化単分子層で構成される阻止層を形成してから、ゲート誘電体層の上に原子層堆積(ALD)法で第1金属層を堆積させると、第1金属層は阻止層のある領域内のゲート誘電体層の上には形成されず、阻止層がない領域内に選択的に成膜される技術が開示されている。
本開示は、自己組織化膜を利用して所望の領域に金属酸化膜を選択的に形成する際の選択性を強化できる技術を提供する。 The present disclosure provides a technique that can enhance selectivity when selectively forming a metal oxide film in a desired region using a self-assembled film.
本開示の一の態様によれば、第1領域の表面に形成された第1の金属製の金属層と、第2領域の表面に形成された絶縁層とを有する基板を準備する工程と、自己組織化膜の原料ガスを供給し、前記金属層の表面に自己組織化膜を形成する工程と、前記自己組織化膜を形成した後に、第2の金属を含有する前駆体ガスの供給と、酸化ガスの供給とを繰り返し、原子層堆積法により前記絶縁層の上に第2の金属の酸化膜を形成する工程と、前記酸化ガスの供給の後で前記前駆体ガスの供給の前に、還元ガスを供給して前記第1の金属の表面に形成された前記第1の金属の酸化膜を還元する工程とを含む、成膜方法が提供される。 According to one aspect of the present disclosure, a step of preparing a substrate having a metal layer made of a first metal formed on a surface of a first region and an insulating layer formed on a surface of a second region; a step of supplying a raw material gas for a self-assembled film to form a self-assembled film on the surface of the metal layer; and after forming the self-assembled film, supplying a precursor gas containing a second metal. , supplying an oxidizing gas, and forming a second metal oxide film on the insulating layer by atomic layer deposition, after supplying the oxidizing gas and before supplying the precursor gas. There is provided a film forming method, comprising: supplying a reducing gas to reduce an oxide film of the first metal formed on a surface of the first metal.
一の側面によれば、自己組織化膜を利用して所望の領域に金属酸化膜を選択的に形成する際の選択性を強化できる。 According to one aspect, selectivity can be enhanced when a metal oxide film is selectively formed in a desired region using a self-assembled film.
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。以下では図中における上下の方向又は関係を用いて説明するが、普遍的な上下の方向又は関係を表すものではない。 Hereinafter, embodiments for implementing the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that in this specification and the drawings, substantially the same configurations may be given the same reference numerals to omit redundant explanations. The following explanation will be made using the vertical direction or relationship in the drawings, but this does not represent a universal vertical direction or relationship.
<実施形態>
図1は、実施形態に係る成膜方法の一例を示すフローチャートである。図2及び図3は、図1に示す各工程での基板の状態の一例を示す断面図である。図2(A)~図2(E)は、それぞれ、図1に示す工程S101~S105に対応する基板10の状態を示す。図3(A)~図3(D)は、図1に示す工程S104A~S104Cに対応する基板10の状態を示し、図2(C)に示す基板10から図2(D)に示す基板10への状態の変化の詳細を示している。
<Embodiment>
FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a film forming method according to an embodiment. 2 and 3 are cross-sectional views showing an example of the state of the substrate in each step shown in FIG. 1. 2(A) to 2(E) show states of the
成膜方法は、図2(A)に示すように基板10を準備する工程S101を含む。準備することは、例えば、成膜装置の処理容器(チャンバ)の内部に基板10を搬入することを含む。基板10は、導電膜11、自然酸化膜11A、絶縁膜12、及び下地基板15を含む。
The film forming method includes step S101 of preparing the
導電膜11及び絶縁膜12は、下地基板15の一方の面(図2(A)における上面)に設けられており、導電膜11の一方の面(図2(A)における上面)には自然酸化膜11Aが設けられている。図2(A)では、基板10の表面に自然酸化膜11A及び絶縁膜12が露出している。
The
基板10は、第1領域A1及び第2領域A2を有する。ここでは、一例として、第1領域A1及び第2領域A2は平面視で隣り合っている。導電膜11は第1領域A1内で下地基板15の上面側に設けられ、絶縁膜12は第2領域A2内で下地基板15の上面側に設けられる。自然酸化膜11Aは、第1領域A1内で導電膜11の上面に設けられる。
The
第1領域A1の数は、図2(A)では1つであるが、複数でもよい。例えば2つの第1領域A1が第2領域A2を挟むように配置されてもよい。同様に、第2領域A2の数は、図2(A)では1つであるが、複数でもよい。例えば2つの第2領域A2が第1領域A1を挟むように配置されてもよい。 Although the number of first areas A1 is one in FIG. 2(A), it may be plural. For example, two first areas A1 may be arranged with a second area A2 in between. Similarly, although the number of second regions A2 is one in FIG. 2(A), it may be plural. For example, two second areas A2 may be arranged to sandwich the first area A1.
なお、図2(A)では第1領域A1及び第2領域A2のみが存在するが、第3領域がさらに存在してもよい。第3領域は、第1領域A1の導電膜11及び第2領域A2の絶縁膜12とは異なる材料の層が露出する領域である。第3領域は、第1領域A1と第2領域A2との間に配置されてもよいし、第1領域A1及び第2領域A2の外に配置されてもよい。
Note that although only the first area A1 and the second area A2 exist in FIG. 2(A), a third area may further exist. The third region is a region where a layer made of a different material from the
導電膜11は、第1の金属製の金属層の一例である。第1の金属は、例えば銅(Cu)、コバルト(Co)、タングステン(W)、又はルテニウム(Ru)等の金属である。これらの金属の表面は、大気中で時間の経過と共に自然に酸化される。その酸化物が自然酸化膜11Aである。自然酸化膜11Aは、還元処理によって除去可能である。
The
ここでは、一例として、導電膜11が銅(Cu)であり、自然酸化膜11Aが自然酸化によって形成された酸化銅である形態について説明する。自然酸化膜11Aとしての酸化銅は、CuOとCu2Oを含み得る。
Here, as an example, a mode will be described in which the
絶縁膜12は、絶縁層の一例である。絶縁層は、例えばケイ素(Si)を含む絶縁材料であり、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸炭化ケイ素、又は酸炭窒化ケイ素等である。以下、酸化ケイ素を、酸素とケイ素との組成比に関係なくSiOとも表記する。同様に、窒化ケイ素をSiNとも表記し、酸窒化ケイ素をSiONとも表記し、炭化ケイ素をSiCとも表記し、酸炭化ケイ素をSiOCとも表記し、酸炭窒化ケイ素をSiOCNとも表記する。絶縁層は、本実施形態ではSiOである。
The
下地基板15は、例えばシリコンウェハ等の半導体基板である。基板10は、下地基板15と導電膜11との間に、下地基板15及び導電膜11とは異なる材料で形成される下地膜をさらに含んでいてもよい。同様に、基板10は、下地基板15と絶縁膜12との間に、下地基板15及び絶縁膜12とは異なる材料で形成される下地膜をさらに有していてもよい。
The
このような下地膜は、例えば、SiN層等であってもよい。SiN層等は、例えば、エッチングをストップさせるエッチストップレイヤであってもよい。 Such a base film may be, for example, a SiN layer. The SiN layer or the like may be, for example, an etch stop layer that stops etching.
成膜方法は、自然酸化膜11A(図2(A)参照)を還元することにより、図2(B)に示す基板10を作製する工程S102を含む。自然酸化膜11Aを還元するには、例えば、成膜装置の処理容器における水素(H2)及びアルゴン(Ar)の流量をそれぞれ100sccm及び2500sccmに設定して処理容器内の圧力を1torr~10torr(133.32Pa~1333.22Pa)に設定する。そして、水素が処理容器内の雰囲気ガスの0.5%未満になる水素雰囲気下において、基板10が150℃~200℃になるようにサセプタを加熱する。
The film forming method includes step S102 of manufacturing the
工程S102により、自然酸化膜11Aとしての酸化銅はCuに還元されて除去される。この結果、図2(B)に示すように、導電膜11、絶縁膜12、及び下地基板15を含む基板10が得られる。基板10の第1領域A1の表面には、導電膜11としてのCuが露出している。なお、自然酸化膜11Aの還元処理は、水素(H2)プラズマを利用した還元処理であってもよい。また、自然酸化膜11Aの還元処理は、ドライプロセスに限らず、例えば、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコールを用いたウェットプロセスであってもよい。また、自然酸化膜11Aの還元処理は、酸素を含む有機分子を用いたプロセスであってもよい。また、自然酸化膜11Aの還元処理は、FGA(Forming Gas Anneal)のような熱処理であってもよい。FGAは、例えば、基板10を約300℃~450℃程度に加熱した状態で、処理容器に微量の水素を混合した窒素ガスを流すことで自然酸化膜11Aの還元処理を行う熱処理である。
In step S102, the copper oxide as the
成膜方法は、図2(C)に示すように、SAM(自己組織化単分子膜(Self-Assembled Monolayer)13を形成する工程S103を含む。SAM13は、基板10の第1領域A1に形成され、後述するAlO膜14(図2(D)参照)の形成を阻害する。SAM13は、第2領域A2には形成されない。SAM13は、自己組織化膜の一例である。
The film forming method includes a step S103 of forming a SAM (Self-Assembled Monolayer) 13, as shown in FIG. 2(C). The
SAM13を形成するための有機化合物は、チオール系であれば、フルオロカーボン系(CFx)あるいはアルキル系(CHx)のいずれの官能基を有していてもよく、例えば、CH3(CH2)[x]CH2SH [x=1~18]、CF3(CF2)[x]CH2CH2SH [x=0~18]でよい。また、フルオロカーボン系(CFx)には、フルオロベンゼンチオールも含まれる。 The organic compound for forming SAM13 may have any fluorocarbon (CFx) or alkyl (CHx) functional group as long as it is thiol-based; for example, CH3(CH2)[x]CH2SH [x=1~18], CF3(CF2)[x]CH2CH2SH [x=0~18] is sufficient. Fluorocarbons (CFx) also include fluorobenzenethiol.
例えば、ガス状態のチオール系の有機化合物及びアルゴン(Ar)の流量をそれぞれ100sccm及び1500sccmに設定して成膜装置の処理容器内の圧力を1torr~10torr(133.32Pa~1333.22Pa)に設定し、基板10が150℃~200℃になるようにサセプタを加熱する。
For example, the flow rates of a gaseous thiol-based organic compound and argon (Ar) are set to 100 sccm and 1500 sccm, respectively, and the pressure in the processing container of the film forming apparatus is set to 1 torr to 10 torr (133.32 Pa to 1333.22 Pa). Then, the susceptor is heated so that the temperature of the
上述のようなチオール系の有機化合物は、金属酸化物との電子の授受が発生しやすい化合物である。よって、SAM13は、導電膜11の表面に吸着し、電子の授受が発生し難い絶縁膜12の表面には吸着し難い性質を有する。このため、導電膜11の表面にSAM13が選択的に形成される。
The above-mentioned thiol-based organic compounds are compounds that easily exchange electrons with metal oxides. Therefore, the
工程S103により、導電膜11の表面にSAM13が形成され、図2(C)に示すように、第1領域A1に導電膜11及びSAM13、第2領域A2に絶縁膜12が形成された基板10が得られる。図2(C)では、基板10の表面にSAM13及び絶縁膜12が露出している。工程S103は、SAM13を形成するためのチオール系の有機化合物の選択性を利用している。
In step S103, the
成膜方法は、図2(C)に示す基板10の表面に、図2(D)に示すように、ALD(Atomic Layer Deposition:原子層堆積)法で、SAM13を用いて選択的に第2領域A2の絶縁膜12の表面に第2の金属の酸化膜としてAlO膜14を成膜する工程S104を含む。SAM13はAlO膜14の形成を阻害するので、AlO膜14は第2領域A2に選択的に形成される。第2領域A2に元々存在する絶縁膜12の上に、さらに絶縁膜であるAlO膜14を選択的に積層できる。なお、第1領域A1及び第2領域A2に加えて第3領域が存在する場合、第3領域にはAlO膜14が形成されてもよいし、形成されなくてもよい。
As shown in FIG. 2(D), a second film is selectively deposited on the surface of the
AlO膜14は、酸化アルミニウムAl2O3(アルミナ)以外の組成の酸化されたアルミニウムを含みうる。すなわち、ここでは、アルミニウムと酸素の組成比に関係なくAlOとも表記する。このようなAlO膜14を成膜する工程の詳細については、図3を用いて後述する。
The
成膜方法は、図2(E)に示すように、SAM13(図2(D)参照)を除去する工程S105を含む。SAM13の除去は、例えば、プラズマを用いた処理等で行えばよい。SAM13を除去するための処理で用いるプラズマの生成機構は、例えば、容量結合プラズマ(Capacitively Coupled Plasma: CCP)、誘導性結合型プラズマ (Inductively Coupled Plasma: ICP)、マイクロ波プラズマ(Microwave Plasma:MWP)等であり、ラジカルを生成可能なプラズマの生成機構であればよい。また、プラズマ生成機構を処理容器に一体的に組み込んでもよいし、プラズマ生成機構を処理容器とは別体で設け、プラズマ生成ガスを処理容器の外で予めプラズマ化して処理容器に導入するリモートプラズマ装置を用いてもよい。
The film forming method includes a step S105 of removing the SAM 13 (see FIG. 2(D)), as shown in FIG. 2(E). The
次に、AlO膜14を成膜する工程S104の詳細について説明する。
Next, details of step S104 of forming the
ALD法でAlO膜14を成膜する工程は、まず、図3(A)に示すように、TMA(トリメチルアルミニウム)の原料ガスを供給することにより、図2(C)に示す基板10の第2領域A2にTMA膜14Aを吸着させる工程S104Aを含む。工程S104Aを最初に行うときは、図3(A)に示すように第2領域A2の絶縁膜12の表面にTMA膜14Aを吸着させることになる。
In the step of forming the
TMAは、有機アルミニウム化合物であり、AlO膜14を作製するための前駆体(プリカーサ)である。すなわち、TMAの原料ガスは、前駆体ガスである。TMAの原料ガスは、ヒドロキシ基(OH基)に吸着する性質を有する。
TMA is an organic aluminum compound and is a precursor for producing the
ここで、絶縁膜12のSiOの表面にはヒドロキシ基が存在する。また、SAM13は、分子間のファンデルワールス力により高い配向性を示し、膜の表面に対して斜め方向に配向する傾向があり、分子間に隙間がある。このような隙間にTMAの原料ガスが入り込むおそれがあるが、導電膜11の表面は、図2(B)に示す工程で還元されているため、導電膜11の表面にはヒドロキシ基は存在しない。
Here, hydroxy groups exist on the surface of SiO of the insulating
このため、TMAの原料ガスは、絶縁膜12のSiOの表面にあるヒドロキシ基に選択的に吸着することになる。なお、TMAの原料ガスを供給する工程は、一例として、TMAの原料ガスの流量を20sccm~200sccmに設定して成膜装置の処理容器内の圧力を0.1torr~10torr(13.332Pa~1333.22Pa)に設定する。また、基板10が100℃~200℃になるようにサセプタを加熱する。
Therefore, the source gas of TMA is selectively adsorbed to the hydroxy groups on the surface of SiO of the insulating
ALD法でAlO膜14を成膜する工程は、リアクタント(反応物質(ここでは酸化剤))としてH2O(水蒸気)を処理容器内に流してTMA膜14Aを酸化させて、図3(B)に示すように、AlO膜14Bを作製する工程S104Bを含む。H2O(水蒸気)は、酸化ガスの一例である。なお、酸化剤は、酸素(O2)、オゾン(O3)、過酸化水素(H2O2)等のガスであってもよく、リモートプラズマとして供給してもよい。
In the step of forming the
TMA膜14Aを酸化させてAlO膜14Bを作製する工程は、一例として、H2Oの流量を50sccm~300sccmに設定して成膜装置の処理容器内の圧力を0.1torr~10torr(13.332Pa~1333.22Pa)に設定して行えばよい。
In the step of oxidizing the
工程S104A及びS104Bを一度ずつ行った場合には、例えば、膜厚が約0.1μmのAlO膜14Bが得られる。このため、工程S104A及びS104Bを繰り返し行うことにより、一例として、膜厚が1μm~10μm程度のAlO膜14(図2(D)参照)を得ることができる。なお、工程S104A及びS104Bを繰り返すときには、工程S104Aと工程S104Bとの間で処理容器をパージすればよい。
If steps S104A and S104B are performed once each, an
工程S104A及びS104Bを一度ずつ行って膜厚が0.1μmのAlO膜14Bが得られる場合に、膜厚が1μmのAlO膜14を得るには、工程S104A及びS104Bを10回繰り返せばよい。また、この場合に、膜厚が10μmのAlO膜14を得るには、工程S104A及びS104Bを100回繰り返せばよい。工程S104A及びS104Bの繰り返し回数は、AlO膜14の所望の膜厚に応じて設定すればよい。
When steps S104A and S104B are performed once to obtain an
また、工程S104BにおいてH2O(水蒸気)を処理容器内に流してTMA膜14Aを酸化させてAlO膜14Bを作製するときには、図3(B)に示すように、導電膜11の表面に、酸化膜11Bが形成される場合がある。すなわち、SAM13の分子間の隙間を通ってH2O(水蒸気)が導電膜11(Cu膜)の表面に到達し、導電膜11の表面にCuOで構成される酸化膜11Bが生じる場合がある。
Moreover, when H 2 O (water vapor) is flowed into the processing container to oxidize the
このような酸化膜11Bの表面には、ヒドロキシ基が存在するため、工程S104Bで導電膜11の表面に酸化膜11Bが形成された状態で、工程S104Aを行うと、TMAの原料ガスが絶縁膜12及び酸化膜11Bの表面に吸着する。このような場合には、工程S104Aにおいて絶縁膜12の表面にTMA膜14Aを選択的に吸着させることができない。
Since hydroxy groups exist on the surface of such an
そこで、ALD法でAlO膜14を成膜する工程は、工程S104Bの後で、図3(C)に示すように、処理容器内に還元ガスとしてIPA(イソプロピルアルコール)ガスを流し、酸化膜11B(CuO)をCuに還元する工程S104Cを含む。IPAガスがSAM13の分子間の隙間を通って導電膜11の表面の酸化膜11Bに到達するので、酸化膜11Bを還元することができる。工程S104Cの後に工程S104Aを行えば、基板10の第2領域A2の表面にTMA膜14Aを選択的に吸着させることができる。
Therefore, in the step of forming the
工程S104Cでは、IPAガスの流量を20sccm~200sccmに設定して成膜装置の処理容器内の圧力を0.1torr~10torr(13.332Pa~1333.22Pa)に設定すればよい。 In step S104C, the flow rate of the IPA gas may be set to 20 sccm to 200 sccm, and the pressure within the processing container of the film forming apparatus may be set to 0.1 torr to 10 torr (13.332 Pa to 1333.22 Pa).
なお、図3(C)に示す工程S104Cでは、AlO膜14Bは殆ど還元されないため、工程S104Cを終えた後に、AlO膜14Bは残存する。
Note that in step S104C shown in FIG. 3C, the
このように工程S104Cで導電膜11の表面を還元すれば、その後に工程S104Aを再び行って処理容器にTMAの原料ガスを供給しても、導電膜11の表面にはTMAは吸着せず、図3(D)に示すように、AlO膜14Bの上に、TMA膜14Cを選択的に吸着させることができる。なお、工程S104Cで導電膜11の表面を還元する際に、還元ガスとしてIPAガスの変わりに水素(H2)ガスを供給することで導電膜11の表面を還元してもよい。
If the surface of the
図3(D)は、図3(A)と同様に、基板10にTMAの原料ガスを供給する工程S104Aを示す。図3(A)は、最初に絶縁膜12の表面にTMA膜14Aを形成する工程S104Aを示し、図3(D)は、工程S104A及びS104Bを繰り返す際に、2回目以降の工程S104Aにおいて、AlO膜14Bの上にTMA膜14Cを形成する工程S104Aを示す。
Similar to FIG. 3A, FIG. 3D shows a step S104A of supplying TMA source gas to the
ここで、図3(C)に示す酸化膜11Bを還元する工程S104Cは、工程S104A及びS104Bを繰り返し行う際に、工程S104Bの後に毎回行ってもよいし、工程S104A及びS104Bを複数回繰り返し行う度に、工程S104Bの後に行ってもよい。後者の場合には、工程S104A及びS104Bを複数回繰り返し行う度に、工程S104Bの後に工程S104Cを一度行うことになる。工程S104Cは、工程S104Bで形成され得る酸化膜11B(CuO)をCuに還元する工程であるため、工程S104Bの後に行えばよい。
Here, step S104C of reducing the
また、工程S104Bにおいて、図3(B)に示すように酸化膜11B(CuO)が形成された場合に、工程S104Cを行わずに工程S104A及びS104Bを繰り返し行うと、工程S104Aにおいて、酸化膜11Bの上にTMA膜が吸着するおそれがある。
Further, in the case where the
このような場合に、工程S104Cの還元工程を行っても、酸化膜11Bの上に吸着したTMA膜を還元することは略不可能である。工程S104CのようにIPAのガスを用いた還元工程では、TMA膜を還元するには還元力が足りないからである。
In such a case, even if the reduction step of step S104C is performed, it is almost impossible to reduce the TMA film adsorbed on the
このため、工程S104A及びS104Bを複数回繰り返し行う度に、工程S104Bの後に工程S104Cを一度行う場合には、酸化膜11Bの上にTMA膜が吸着する前に、工程S104Cを行えばよい。すなわち、酸化膜11B(CuO)を還元して導電膜11(Cu)に復元可能なうちに、工程S104Cを行えばよい。このような繰り返し回数は、実験等で予め求めておけばよい。
Therefore, if step S104C is to be performed once after step S104B every time steps S104A and S104B are repeated multiple times, step S104C may be performed before the TMA film is adsorbed onto the
なお、図3(A)~図3(D)に示す工程は、1又は複数の工程にグループ分けして、グループ毎に処理容器を変えて行ってもよいが、酸化膜11Bの還元する処理と処理容器にTMAの原料ガスを供給する処理を連続的に行う面からも1つの処理容器の中で行うことが好ましい。
Note that the steps shown in FIGS. 3(A) to 3(D) may be divided into one or more steps and performed in different processing vessels for each group, but the processing for reducing the
また、ここでは、ALD法でAlO膜14を成膜する工程が、図3(A)に示すようにTMAの原料ガスを絶縁膜12の表面に吸着させてTMA膜14Aを作製する工程S104Aから始まる形態について説明するが、工程S104Aの前に、工程S104Cと同様に導電膜11の表面を還元する工程を行ってもよい。
In addition, here, the step of forming the
以上のように、工程S104A及びS104Bを繰り返し行いながら、繰り返し回数が予め決めた回数(1回又は複数回)に到達したときに、工程S104Bの後に工程S104Cを行うことにより、図2(D)に示すAlO膜14を作製することができる。
As described above, while repeatedly performing steps S104A and S104B, when the number of repetitions reaches a predetermined number (one or more times), step S104C is performed after step S104B. An
このときに、工程S104Bの後に工程S104Cを行うことにより、導電膜11の表面に酸化膜11B(図3(B)参照)が形成されていても、工程S104Cで還元することができる。このため、その後に図3(D)に示すように工程S104Aを行う際に、第2領域A2に選択的にTMA膜14Cを吸着させるための選択性を強化することができる。TMA膜14Cは、その後に図3(B)に示す工程S104Bで酸化されてAlO膜14B(図3(C)参照)になり、AlO膜14Bを繰り返し作製することで、AlO膜14B(図3(C)参照)の膜厚が厚くなり、図2(D)に示すAlO膜14が得られる。このように、工程S104Bの後に工程S104Cを行うことにより、第2領域A2に選択的にAlO膜14を形成する際の選択性を強化することができる。
At this time, by performing step S104C after step S104B, even if the
したがって、SAM13を利用して所望の領域にAlO膜14を選択的に形成する際の選択性を強化できる成膜方法を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide a film forming method that can enhance the selectivity when selectively forming the
なお、以上では、第2領域A2の絶縁膜12の上に第2の金属の酸化膜としてAlO膜14を形成する形態について説明したが、AlO膜14の代わりに、ハフニア(HfO2)又はジルコニア(ZrO2)を形成してもよい。
In addition, although the embodiment in which the
ハフニア(酸化ハフニウム/HfO2)膜を形成する際には、第2の金属を含有する前駆体ガスとして、テトラキス(ジメチルアミノ)ハフニウム、テトラキス(ジエチルアミノ)ハフニウム、又は、テトラキス(エチルメチルアミノ)ハフニウムを用いればよい。ジルコニア(二酸化ジルコニウム/ZrO2)膜を形成する際には、第2の金属を含有する前駆体ガスとして、テトラキス(ジメチルアミノ)ジルコニウム、テトラキス(ジエチルアミノ)ジルコニウム、又は、テトラキス(エチルメチルアミノ)ジルコニウムを用いればよい。 When forming a hafnia (hafnium oxide/HfO 2 ) film, the precursor gas containing the second metal is tetrakis(dimethylamino)hafnium, tetrakis(diethylamino)hafnium, or tetrakis(ethylmethylamino)hafnium. You can use When forming a zirconia (zirconium dioxide/ZrO 2 ) film, tetrakis(dimethylamino)zirconium, tetrakis(diethylamino)zirconium, or tetrakis(ethylmethylamino)zirconium is used as the precursor gas containing the second metal. You can use
また、第2領域A2に選択的にAlO膜14を形成する際の選択性を強化することができるため、スループットを向上することができ、生産性の高い半導体製造プロセスを実現する成膜方法を提供することができる。
In addition, since the selectivity when selectively forming the
なお、以上では、工程S101から工程S105の処理をすべて同一の処理容器で行う形態について説明したが、工程S102の還元処理、工程S103のSAM13の形成処理、工程S104のAlOの成膜、及び工程S105のSAM13の除去処理は、すべて成膜装置の異なる処理容器で行ってもよい。例えば、各工程での加熱温度等の処理条件を独立的に設定したい場合に有用である。
In addition, although the embodiment in which all the processes from Step S101 to Step S105 are performed in the same processing container has been described above, the reduction treatment in Step S102, the
また、工程S103のSAM13の形成処理、及び、工程S105のSAM13の除去処理を同一の処理容器で行い、工程S102の還元処理と、工程S104のAlOの成膜とは別の処理容器で行うようにしてもよい。例えば、工程S102の還元処理をウェットプロセスで行う場合に有用である。また、工程S104のAlOの成膜を独立した処理容器で行いたい場合に有用である。また、工程S102の還元処理と、工程S104Cの還元処理とが同様の処理である場合には、工程S102の還元処理と、工程S104のAlOの成膜とを同一の処理容器で行ってもよい。
In addition, the
なお、工程S101の準備と、工程S102の還元処理とは、同一の処理容器で行うことになる。 Note that the preparation in step S101 and the reduction treatment in step S102 are performed in the same processing container.
<成膜システム>
次に、本開示の一実施形態に係る成膜方法を実施するためのシステムについて説明する。
<Film forming system>
Next, a system for implementing a film forming method according to an embodiment of the present disclosure will be described.
本開示の一実施形態に係る成膜方法は、バッチ装置、枚葉装置、セミバッチ装置のいずれの形態であってもよい。ただし、上記それぞれのステップにおいて最適な温度が異なる場合があり、また、基板の表面が酸化して表面状態が変化したときに各ステップの実施に支障をきたす場合がある。そのような点を考慮すると、各ステップを最適な温度に設定しやすく、かつ全てのステップを真空中で行うことができるマルチチャンバータイプの枚葉式成膜システムが好適である。 The film forming method according to an embodiment of the present disclosure may be in any form of a batch device, a single wafer device, or a semi-batch device. However, the optimum temperature may differ in each of the above steps, and when the surface of the substrate is oxidized and the surface state changes, it may be difficult to carry out each step. Taking these points into consideration, a multi-chamber type single-wafer film forming system is preferred because it allows each step to be easily set at an optimal temperature and all steps can be performed in a vacuum.
以下、このようなマルチチャンバータイプの枚葉式成膜システムについて説明する。 Hereinafter, such a multi-chamber type single wafer deposition system will be explained.
図4は、一実施形態に係る成膜方法を実施するための成膜システムの一例を示す模式図である。ここでは特に断らない限り、基板10に対して処理を行う場合について説明する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a film forming system for carrying out a film forming method according to an embodiment. Here, unless otherwise specified, a case will be described in which processing is performed on the
図4に示すように、成膜システム100は、酸化還元処理装置200、SAM形成装置300、成膜装置400、プラズマ処理装置500を有している。これら装置は、平面形状が七角形をなす真空搬送室101の4つの壁部にそれぞれゲートバルブGを介して接続されている。真空搬送室101内は、真空ポンプにより排気されて所定の真空度に保持される。すなわち、成膜システム100は、マルチチャンバータイプの真空処理システムであり、上述した成膜方法を、真空を破ることなく連続して行えるものである。
As shown in FIG. 4, the
酸化還元処理装置200は、一例として、基板10(図2(A)参照)に対する還元処理を行う処理装置である。
The
SAM形成装置300は、一例として、基板10(図2(C)参照)のSAM13を形成するために、チオール系の有機化合物のガスを供給して、SAM13を選択的に形成する装置である。
The
成膜装置400は、一例として、基板10(図2(D)参照)のAlO膜14をALD法により成膜する装置である。
The
プラズマ処理装置500は、一例として、SAM13をエッチング除去する処理を行うためのものである。
The
真空搬送室101の他の3つの壁部には3つのロードロック室102がゲートバルブG1を介して接続されている。ロードロック室102を挟んで真空搬送室101の反対側には大気搬送室103が設けられている。3つのロードロック室102は、ゲートバルブG2を介して大気搬送室103に接続されている。ロードロック室102は、大気搬送室103と真空搬送室101との間で基板10を搬送する際に、大気圧と真空との間で圧力を制御するために設けられている。
Three
大気搬送室103のロードロック室102の取り付け壁部とは反対側の壁部には基板10を収容するキャリア(FOUP等)Cを取り付ける3つのキャリア取り付けポート105を有している。また、大気搬送室103の側壁には、基板10のアライメントを行うアライメントチャンバ104が設けられている。大気搬送室103内には清浄空気のダウンフローが形成されるようになっている。
A wall of the
真空搬送室101内には、第1の搬送機構106が設けられている。第1の搬送機構106は、酸化還元処理装置200、SAM形成装置300、成膜装置400、プラズマ処理装置500、ロードロック室102に対して基板10を搬送する。第1の搬送機構106は、独立に移動可能な2つの搬送アーム107a,107bを有している。
A
大気搬送室103内には、第2の搬送機構108が設けられている。第2の搬送機構108は、キャリアC、ロードロック室102、アライメントチャンバ104に対して基板10を搬送するようになっている。
A
成膜システム100は、全体制御部110を有している。全体制御部110は、CPU(コンピュータ)を有する主制御部と、入力装置(キーボード、マウス等)と、出力装置(プリンタ等)と、表示装置(ディスプレイ等)と、記憶装置(記憶媒体)とを有している。主制御部は、酸化還元処理装置200、SAM形成装置300、成膜装置400、プラズマ処理装置500、真空搬送室101、およびロードロック室102の各構成部等を制御する。全体制御部110の主制御部は、例えば、記憶装置に内蔵された記憶媒体、または記憶装置にセットされた記憶媒体に記憶された処理レシピに基づいて、成膜システム100に、実施形態の成膜方法を行うための動作を実行させる。なお、各装置に下位の制御部を設け、全体制御部110を上位の制御部として構成してもよい。
The
以上のように構成される成膜システムにおいては、第2の搬送機構108により大気搬送室103に接続されたキャリアCから基板10を取り出し、アライメントチャンバ104を経由した後に、いずれかのロードロック室102内に搬入する。そして、ロードロック室102内を真空排気した後、第1の搬送機構106により、基板10を、酸化還元処理装置200、SAM形成装置300、成膜装置400、およびプラズマ処理装置500に搬送して、実施形態の成膜処理を行う。その後、必要に応じて、プラズマ処理装置500によりSAM13のエッチング除去を行う。
In the film forming system configured as described above, the
以上の処理が終了した後、第1の搬送機構106により基板10をいずれかのロードロック室102に搬送し、第2の搬送機構108によりロードロック室102内の基板10をキャリアCに戻す。
After the above processing is completed, the
以上のような処理を、複数の基板10について同時並行的に行って、所定枚数の基板10の選択的成膜処理が完了する。
The above-described processing is performed simultaneously on a plurality of
これらの各処理を独立した枚葉装置で行うので、各処理に最適な温度に設定しやすく、また、一連の処理を真空を破ることなく行えるので、処理の過程での酸化を抑制することができる。 Since each of these processes is performed using independent single-wafer equipment, it is easy to set the optimum temperature for each process, and a series of processes can be performed without breaking the vacuum, which helps to suppress oxidation during the process. can.
<成膜処理およびSAM形成装置の例>
次に、酸化還元処理装置200、成膜装置400のような成膜装置、およびSAM形成装置300の一例について説明する。
<Example of film forming process and SAM forming apparatus>
Next, an example of a film forming apparatus such as the oxidation-
図5は、成膜装置およびSAM形成装置として用いることができる処理装置の一例を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a processing apparatus that can be used as a film forming apparatus and a SAM forming apparatus.
酸化還元処理装置200、成膜装置400、およびSAM形成装置300は、同様の構成を有する装置とすることができ、例えば図5に示すような処理装置600として構成することができる。
The oxidation-
処理装置600は、気密に構成された略円筒状の処理容器(チャンバ)601を有しており、その中には基板10を水平に支持するためのサセプタ602が、処理容器601の底壁中央に設けられた円筒状の支持部材603により支持されて配置されている。サセプタ602にはヒーター605が埋め込まれており、このヒーター605はヒーター電源606から給電されることにより基板10を所定の温度に加熱する。なお、サセプタ602には、基板10を支持して昇降させるための複数の昇降ピン(図示せず)がサセプタ602の表面に対して突没可能に設けられている。
The
処理容器601の天壁には、成膜またはSAM形成のための処理ガスを処理容器601内にシャワー状に導入するためのシャワーヘッド610がサセプタ602と対向するように設けられている。シャワーヘッド610は、後述するガス供給機構630から供給されたガスを処理容器601内に吐出するためのものであり、その上部にはガスを導入するためのガス導入口611が形成されている。また、シャワーヘッド610の内部にはガス拡散空間612が形成されており、シャワーヘッド610の底面にはガス拡散空間612に連通した多数のガス吐出孔613が形成されている。
A
処理容器601の底壁には、下方に向けて突出する排気室621が設けられている。排気室621の側面には排気配管622が接続されており、この排気配管622には真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気装置623が接続されている。そして、この排気装置623を作動させることにより処理容器601内を所定の減圧(真空)状態とすることが可能となっている。
The bottom wall of the
処理容器601の側壁には、真空搬送室101との間で基板10を搬入出するための搬入出口627が設けられており、搬入出口627はゲートバルブGにより開閉されるようになっている。
A loading/unloading
ガス供給機構630は、AlO膜14の成膜、またはSAM13の形成に必要なガスの供給源と、各供給源からガスを供給する個別配管、個別配管に設けられた開閉バルブおよびガスの流量制御を行うマスフローコントローラのような流量制御器等を有し、さらに、個別配管からのガスをガス導入口611を介してシャワーヘッド610に導くガス供給配管635を有している。
The
ガス供給機構630は、処理装置600がAlO膜14のALD成膜を行う場合、有機化合物原料ガスと反応ガスをシャワーヘッド610に供給する。さらに、ガス供給機構630は、処理装置600がSAMの形成を行う場合、SAMを形成するための化合物の蒸気を処理容器601内に供給する。また、ガス供給機構630は、パージガスや伝熱ガスとしてN2ガスやArガス等の不活性ガスも供給できるように構成されている。
The
このように構成される処理装置600においては、ゲートバルブGを開にして搬入出口627から基板10を処理容器601内に搬入し、サセプタ602上に載置する。サセプタ602はヒーター605により所定温度に加熱されており、処理容器601内に不活性ガスが導入されることにより基板10が加熱される。そして、排気装置623の真空ポンプにより処理容器601内を排気して、処理容器601内の圧力を所定圧力に調整する。
In the
次いで、処理装置600がAlO膜14のALD成膜を行う場合、ガス供給機構630から、有機化合物原料ガスと反応ガスを、処理容器601内のパージを挟んで交互に処理容器601内に供給する。さらに、処理装置600がSAMの形成を行う場合、ガス供給機構630から、SAMを形成するための有機化合物の蒸気を処理容器601内に供給する。
Next, when the
以上、本開示に係る成膜方法の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。 Although the embodiments of the film forming method according to the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments and the like. Various changes, modifications, substitutions, additions, deletions, and combinations are possible within the scope of the claims. These naturally fall within the technical scope of the present disclosure.
10 基板
11 導電膜
11A 自然酸化膜
12 絶縁膜
13 SAM
14 AlO膜
15 下地基板
10
14
Claims (15)
自己組織化膜の原料ガスを供給し、前記金属層の表面に自己組織化膜を形成する工程と、
前記自己組織化膜を形成した後に、第2の金属を含有する前駆体ガスの供給と、酸化ガスの供給とを複数回繰り返し、原子層堆積法により前記絶縁層の上に第2の金属の酸化膜を形成する工程と、
前記前駆体ガスの供給と、前記酸化ガスの供給とを繰り返し行う度に、前記酸化ガスの供給の後で前記前駆体ガスの供給の前に、還元ガスを供給して前記第1の金属の表面に形成された前記第1の金属の酸化膜を還元する工程と
を含む、成膜方法。 preparing a substrate having a first metal layer formed on the surface of the first region and an insulating layer formed on the surface of the second region;
supplying a raw material gas for the self-assembled film to form a self-assembled film on the surface of the metal layer;
After forming the self-assembled film, the supply of the precursor gas containing the second metal and the supply of the oxidizing gas are repeated multiple times to deposit the second metal on the insulating layer by atomic layer deposition. a step of forming an oxide film;
Every time the supply of the precursor gas and the supply of the oxidizing gas are repeated, a reducing gas is supplied after the supply of the oxidizing gas and before the supply of the precursor gas to reduce the amount of the first metal. and reducing an oxide film of the first metal formed on the surface.
The film forming method according to any one of claims 1 to 14 , further comprising the step of removing the self-organized film from the surface of the metal layer after the step of forming the second metal oxide film. .
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